WO2006122880A1 - IN-LINE-MEßGERÄT MIT EINEM MEßAUFNEHMER VOM VIBRATIONSTYP - Google Patents

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Gerhard Eckert
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Definitions

  • the invention relates to an in-line measuring device for measuring a flowing in a pipeline, esp. Gaseous and / or liquid medium.
  • InLine measuring instruments which in the medium reaction forces, such as by means of a medium-flowed transducer of the vibration type and a measuring and operating circuit connected thereto.
  • Coriolis forces corresponding to the mass flow, inertial forces corresponding to the density of the medium and / or frictional forces corresponding to the viscosity of the medium cause and derive therefrom a respective mass flow, the respective viscosity and / or a measurement signal representing the respective density of the medium produce.
  • Measuring sensors of this kind which are designed in particular as Coriolis mass flowmeters or Coriolis mass flow / density receivers, are described, for example, in WO-A 04/099735, WO-A 04/038341, WO-A 03/076879, US Pat WO-A 03/027616, WO-A 03/021202 of WO-A 01/33174, WO-A 00/57141, WO-A 98/07 009, US-B 68 80410, US-B 68 51 323, US-B 68 07 866, US-B 67 11 958, US-B 66 66 098, US-B 63 08 580, US-A 60 92 429, US-A 57 96 011, US-A 60 06 609, US-A 56 02 345, US-A 53 01 557, US-A 48 76 898, US-A 47 93 191, EP-A 553 939, EP-A A 1 001 25
  • the measuring sensors each comprise at least one support cylinder, which is usually rather thick-walled, in particular tubular and / or bar-like, or a support tube which is correspondingly supported in a supporting frame.
  • the vorgenanten sensors have a with the first transducer tube at least two, but in particular four coupling elements - also node plates or coupler called - mechanically coupled, also at least temporarily vibrating second transducer tube, wherein at least the first transducer tube as a first measuring tube serving to guide medium to be measured and communicating with the pipeline is formed.
  • the useful oscillation frequency can also be significantly influenced by a momentary viscosity of the medium.
  • the useful oscillation frequency is naturally variable during operation of the sensor at least within a calibrated and insofar predetermined useful frequency band, which has a predetermined lower and a predetermined upper limit frequency.
  • a corresponding housing cap for a vibration-type sensor for housing at least one curved tube segment of a fluid-carrying measuring tube that is vibrating during operation of the measuring transducer is disclosed, for example, in US Pat. in WO-A 03/021202, WO-A 03/021203, WO-A 00/57 141, US-A 53 01 557, EP-A 1 001 254.
  • the Meßaufrich- housing may have been subjected to an increased internal pressure, although delayed , but then in the effect of the same devastating, can suddenly lead to the explosion of the sensor housing and / or a housing attached to the sensor housing correspondingly fixed electronics housing for the meter electronics.
  • This case can also occur in particular if the medium-carrying piping is subjected to unpredictable high pressures and / or a series of pressure surges of unpredictably high frequency and / or repetition frequency.
  • the measuring tube and sensor housing may also fail even after longer operating times, even if the pressure values specified in the specification are concerned.
  • an object of the invention is to improve an in-line Mes suzes of the type described in that a failure of the measuring tube detected as early as possible and so far uninterrupted explosions of the InLine meter, esp. Of the sensor housing and / or the fixed thereto Electronics housing, can be prevented.
  • the invention consists in an in-line measuring device for measuring a flowing in a pipeline, esp. Gaseous and / or liquid medium, which in-line measuring device a transducer of the vibration type and a with the sensor includes electrically coupled meter electronics.
  • the sensor has at least one measuring tube communicating with the pipeline and vibrating during operation, an electro-mechanical, in particular electro-dynamic exciter arrangement acting on the at least one measuring tube for generating and maintaining mechanical oscillations of the measuring tube, a sensor arrangement for producing at least one oscillation of the measuring tube representing the vibration measurement signal with at least one at least one measuring tube or in its vicinity arranged vibration sensor, and a the at least one measuring tube together with the exciter and the sensor arrangement einhausendes sensor housing.
  • the meter electronics monitor a static internal pressure within the sensor housing and / or a tightness of the at least one meter tube.
  • the meter electronics generates the monitoring value using the at least one vibration measurement signal.
  • the meter electronics generates at least a driver signal for the exciter assembly and the meter electronics generates the monitoring value using the at least one driver signal, esp. Based on the excitation current flowing in the excitation device ,
  • the exciter assembly is at least temporarily flowed through by a driven by the meter electronics excitation current, and the meter electronics generates the monitoring value based on the excitation current and / or based on a change over time excitation current.
  • the meter electronics determines a, esp. Digital excitation current value, which currently represents a current strength of the excitation current, and the meter electronics generates the monitoring value using at least one internally determined excitation current value, esp. Based on a sequence of excitation current values.
  • the meter electronics generates the monitoring value based on a sequence of, esp. Digitally stored, exciting current values. Furthermore, it is provided that the measuring device electronics generate the monitoring value on the basis of a time derivation of the current intensity of the excitation current and / or another temporal changes of the current intensity of the excitation current characterizing measured variable.
  • this further comprises a step of comparing the at least one monitoring value with a limit value representing a maximum permissible level of the monitoring value for the measuring tube in operation, and / or with a change limit, the one during operation, especially over a predefined time interval, averaged, maximum permissible rate of change of the monitoring value.
  • FIG. 1a, b show an in-line measuring device, for example, serving as a Coriolis mass flow / density and / or viscosity meter with a vibration-type measuring sensor in different side views, [0033] FIG.
  • FIGS. FIGS. 2 to 5 show details of one for an in-line measuring device according to FIGS. Ia, b suitable vibration-type transducer in various, partially sectioned side views,
  • the in-line measuring device 1 For measuring the medium, the in-line measuring device 1 comprises a measuring device 10 of the vibration type through which the medium flows accordingly during operation an electrically connected to the sensor 10 - not shown in detail here, but only schematically as a circuit block - measuring device electronics 20.
  • the meter electronics 20 is designed so that they in the operation of the in-line measuring device 1 with a measurement processing unit, such as a programmable logic controller (PLC), a personal computer and / or a workstation, via a data transmission system, such as a serial field bus, can exchange measuring and / or other operating data.
  • PLC programmable logic controller
  • the meter electronics is designed so that they can be powered by an external power supply, for example, via the aforementioned fieldbus system.
  • transducer 1 of the vibration type is shown in different representations.
  • the sensor 1 serves to generate such mechanical reaction forces, especially mass flow-dependent Coriolis forces, inertia forces dependent on the medium density and / or frictional forces dependent on the medium viscosity, which can be sensed and thus measured on the sensor Reverse the sensor. Derived from these reaction forces describing the medium, by means of evaluation methods correspondingly implemented in the measuring device electronics, in the manner known to the person skilled in the art, e.g. mass flow, density and / or viscosity of the medium are measured.
  • the measuring pick-up 1 further comprises an electro-mechanical, in particular electro-dynamic, excitation arrangement 60 acting on the at least one pick-up tube 4 and / or or maintaining mechanical vibrations, in particular even when the transducer tube 4 is flowed through by the medium to be measured.
  • a sensor arrangement 70 which reacts to mechanical oscillations, for example bending oscillations, of the sensor tube 4, is provided in the sensor for producing at least one vibration signal Sy b representing at least one oscillation of the sensor tube 4.
  • US-A 6044 715 to be connected in series to form successive flow paths. But it is also possible, as for example in US-B 66 66 098 or
  • each of the two pick-up tubes 4, 5 has at least one central center tube segment 41, 51 bent at least in sections at least in one plane.
  • the transducer tubes 4, 5 can, for example, as well as in the
  • US-A 57 96 011 only very slightly or, as shown for example in WO-A 01/65213, US-B 63 08 580, US-A 60 92 429, US-A 6044 715, rather rectangular - or trapezoidal bent.
  • curved transducer tube can, as for example in US-A 47 93 191, US-A 56 02 345, US-A 60 06 609, US-B 68 80 410, US-B 68 51 323 or the
  • US-B 68 40 109 described, furthermore serve a straight tube.
  • each of the two central middle tube segments is bent in each case in a substantially V-shaped manner.
  • each of the two pick-up tubes 4, 5 also each inlet side a straight, to the imaginary axis of vibration substantially parallel inlet pipe segment which opens in each case via an inlet-side arcuate intermediate pipe segment in the respective central pipe segment.
  • each of the two pick-up tubes 4, 5 each outlet side a straight, to the imaginary axis of vibration substantially parallel outlet pipe segment, which opens in each case via an arc-shaped outlet-side intermediate pipe segment in the respective central pipe segment.
  • each of the middle pipe segments has a vertex arc with an opening angle smaller than 150 °, especially smaller than 120 °.
  • the exciter arrangement 60 has at least one vibration exciter, which is arranged in each case in the region of the vertex bows, in particular approximately in the center, on the two receiver tubes 4, 5.
  • the vibration exciter may be, for example, one of the electro-dynamic type, that is to say a vibration coil 62 which is fixed by means of a magnetic coil 62 fixed to the transducer tube 5 and a resonator 61 immersed therein and correspondingly fixed to the other transducer tube 4.
  • a sensor arrangement For detecting vibrations of at least one transducer tube 4 and for generating the at least one vibration of the transducer tube 4 representing vibration measurement signal Sy b , as already mentioned, a sensor arrangement is provided by means of the usual manner for such sensors, esp. Inlet and outlet side, vibrations of the pipe segment 41 signals and can be supplied to an electronic processing.
  • the sensor arrangement for this purpose has a first vibration sensor arranged on the inlet side of the transducer tubes 4, 5 and an outlet side on the transducer tubes 4, 5, in particular for the first vibration sensor in the direction of rotation. sentlichen identical or identical, second vibration sensor.
  • the vibration sensors can likewise be those of the electro-dynamic type, ie in each case by means of a magnetic coil 72, 82 fixed to the transducer tube 5 and a vibration sensor immersed therein, correspondingly fixed to the other transducer tube 4 ,
  • vibration sensors can be used as vibration sensors.
  • the excitation arrangement 60 and the sensor arrangement 70 are furthermore, as is customary with such measuring sensors, suitably provided with a measuring and electronic device 20 correspondingly provided Operating circuit electrically connected, for example, galvanically and / or inductively and / or opto-electronically coupled.
  • the measuring and operating circuit generates on the one hand a driving signal s xc which drives the exciter arrangement 60 in a corresponding manner, for example with respect to an exciter current and / or an exciter voltage.
  • an excitation current correspondingly supplied by the meter electronics 20 is caused to flow through excitation circuitry which is converted to excitation forces vibrating into the at least one metering tube by means of the at least one vibration exciter.
  • the measuring and operating circuit receives the at least one vibration measurement signal Sy b of the sensor arrangement 70 and generates desired measured values, which may represent, for example, a mass flow, a density and / or a viscosity of the medium to be measured and which may be displayed locally or if necessary be further processed.
  • the meter electronics 20, including the metering and operating circuitry may, for example, be housed in a separate electronics housing 9 located remotely from the sensor or, forming a single, compact in-line meter, directly on the meter 1, for example from outside on the sensor housing 10, be fixed.
  • a neck-like transition piece 8 which serves to hold the electronics housing 9 is also attached to the transducer housing for this purpose.
  • the transition piece 8 and the electronics housing 9 are omitted; only in Fig. 6 is a recessed into a wall of the transducer housing 10 approach surface 63 for the transition piece 8 can be seen.
  • An electrical leadthrough 64 is arranged in the abutment surface 63, by means of which electrical connections to the excitation arrangement 60 and to the sensor arrangement 70 and optionally further electrical components, such as pressure and / or temperature sensors provided in the sensor 1, can be produced.
  • the sensor tubes 4, 5 of the sensor as well as the sensors connected thereto brought excitation and sensor arrangement are, as from the synopsis of FIGS. Ia, b and 3 readily apparent, almost completely enveloped by the already mentioned transducer housing 10.
  • the transducer housing 10 serves so far not only as a holder of at least one pick-up tube 4 but also also to the internal components of the sensor 1, such as the exciter and the sensor assembly and possibly beyond within the transducer housing placed components of the sensor against external environmental influences, such as dust or spray to protect.
  • the transducer housing 10 may also be designed and dimensioned so as to retain as completely as possible any damage to the transducer tube 4, for example by cracking or bursting, escaping medium up to a required maximum pressure inside the transducer housing can.
  • the housing cap 7 for example, steels such as mild steel or stainless steel, or other suitable high-strength materials can be used.
  • the transducer tube 4, in particular curved at least in sections, and the transducer housing each consist of the same material, in particular steel or stainless steel, or at least similar materials, especially different types of steel. It is further provided that the flanges, as also shown in FIGS.
  • the transducer housing 10 comprises a - shown here as laterally at least partially open support cylinder - support member 6, which, as shown in FIGS. 4 to 6, with the at least one pick-up tube on the inlet side and outlet side is mechanically connected so that the at least one curved tube segment 41 projects laterally.
  • the transducer housing has a housing cap 7, which is arranged at a distance from the curved central tube segments of the transducer tubes 4, 5 and fixed on the carrier element 6, in particular permanently and / or medium-tight.
  • at least the receiver tube is provided 4 in the tubular support member 6 inlet and outlet side supported so that the oscillatable central tube segment 41, by two recesses 61, 62 of the support member 6 extending sideways out of this and thus protrudes into the likewise fixed to the support member 6 housing cap 7.
  • an optionally solid support cylinder can be used with another suitable cross-section, for example, a more beam-shaped support member.
  • the method described in the already mentioned WO-A 03/021202 can be used for producing a metal cap which can be used as a housing cap 7, in which the latter is produced by welding two substantially identically shaped, esp a cup-shaped semi-finished cut, cap halves with a, esp. Quarter torus-shaped, edge bead is formed.
  • the housing cap 7, for example be thermoformed from a metal sheet of appropriate thickness.
  • the meter electronics 20 produces in operation on the one hand the driver signal supplying the exciter arrangement, on the other hand the meter electronics receives the vibration signals of the sensor assembly and generates desired mass flow, density, viscosity or temperature of the flowing one Fluids representing measured values.
  • the measuring device electronics monitor a static internal pressure within the sensor housing and / or a tightness of the at least one measuring tube.
  • the measuring device electronics determined according to an advantageous embodiment of the invention based on at least one internally the meter electronics detected or updated operating parameters repeatedly at least one monitoring value, the height of the current static internal pressure within the sensor housing and / or of at least a measuring tube is currently dependent on surrounding medium.
  • the meter electronics may also send the alarm signal to the control unit via a data transfer system.
  • the measuring device electronics compares the monitoring value with a limit value, which represents a maximum permissible level of the monitoring value for the measuring tube during operation and / or that the measuring device electronics with a A change limit value is compared that represents a maximum permissible change rate of the monitoring value during operation, in particular over a predefined time interval.
  • a limit value which represents a maximum permissible level of the monitoring value for the measuring tube during operation and / or that the measuring device electronics with a
  • a change limit value is compared that represents a maximum permissible change rate of the monitoring value during operation, in particular over a predefined time interval.
  • the limit value or the change limit value may be data values determined in advance, for example during calibration and / or during commissioning of the in-line measuring device; If necessary, however, the limit value or the change limit value can also be changed during operation of the in-line measuring device by the user, for example also via a data communication system, and thus adapted to the actual conditions, for example the type or properties of the medium currently to be measured ,
  • the measuring device electronics are provided for measuring the density, p, of the medium and at least temporarily for supplying a density, p, of the medium, in particular digital, density measured value Xp.
  • the measuring device electronics are furthermore designed to generate the monitoring value using the internally determined density measured value X p , in particular based on a sequence of digitally stored density measured values.
  • a time derivative of the measured density and / or another, temporal changes of the measured density characterizing measures of the determination of the monitoring value can serve.
  • the vibration frequency dependent on the density of the medium, with which the at least one measuring tube oscillates at least temporarily can be used to generate the monitoring value, especially since the useful oscillation frequency excited during operation is at least is determined in any case to regulate the driver signal as well as possibly for the purpose of density measurement.
  • measured quantities derived from the at least one oscillation frequency can also be used to generate the monitoring value, for example changes over time or other changes in the temperature characterizing the changes in at least one oscillation frequency.
  • the limit value can correspond, for example, to the above-mentioned lower limit frequency of the useful frequency band F F n , during which the change limit value can be determined in advance, for example, based on a maximum permissible rate of change for the useful oscillation frequency for the sensor.
  • the guard value may also become both based on absolute values and based on relative values for the instantaneous deviations from the associated nominal value. According to a further embodiment of the invention it is provided that the
  • the sensor housing as is often the case for example in the above-mentioned support cylinder, comparatively thick-walled and so far also relatively pressure-resistant because then on the one hand an increase in pressure inside the outside hardly visible and on the other hand a possible bursting of the sensor housing would cause catastrophic destruction within the affected system due to the then very high stored mechanical energy.

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Abstract

Das In-Line-Messgerät dient dem Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums. Es umfaßt dafür einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp sowie eine mit dem Messaufnehmer elektrisch gekoppelte Messgerät-Elektronik. Der Messaufnehmer weist wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes, im Betrieb vibrierendes Messrohr, eine auf das wenigstens eine Messrohr einwirkende elektro-mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des Messrohrs, eine Sensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals mit wenigstens einem am Messrohr oder in dessen Nähe angeordnete Schwingungssensor, sowie ein Messaufnehmer-Gehäuse auf. Beim erfindungsgemäßen In-Line-Messgerät ist zudem vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik einen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder eine Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs überwacht.

Description

Beschreibung In-Line-Messgerät mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp
[0001] Die Erfindung betrifft ein In-Line-Messgerät zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums.
[0002] In der Prozeßmess- und Automatisierungstechnik werden für die Messung physikalischer Parameter, wie z.B. dem Massedurchfluss, der Dichte und/oder der Viskosität, eines in einer Rohrleitung strömenden Mediums oftmals solche InLine-Messgeräte verwendet, die mittels eines vom Medium durchströmten Messaufnehmers vom Vibrationstyp und einer daran angeschlossenen Mess- und Betriebsschaltung, im Medium Reaktionskräfte, wie z.B. mit dem Massedurchfluss korrespondierende Corioliskräfte, mit der Dichte des Mediums korrespondierende Trägheitskräfte und/oder mit der Viskosität des Mediums korrespondierende Reibungskräfte etc., bewirken und von diesen abgeleitet ein den jeweiligen Massedurchfluss, die jeweilige Viskosität und/oder ein die jeweilige Dichte des Mediums repräsentierendes Messsignal erzeugen.
[0003] Derartige, insb. als Coriolis-Massedurchflussmesser oder Coriolis-Masse- durchfluss-/ Dichteaufnehmer ausgebildete, Messaufnehmer sind z.B. in der WO-A 04/099735, der WO-A 04/038341, WO-A 03/076879, der WO-A 03/027616, der WO-A 03/021202der WO-A 01/33174, der WO-A 00/57141, der WO-A 98/ 07 009, der US-B 68 80410, US-B 68 51 323, der US-B 68 07 866, der US-B 67 11 958, der US-B 66 66 098, der US-B 63 08 580, der US-A 60 92 429, der US-A 57 96 011, der US-A 60 06 609, der US-A 56 02 345, der US-A 53 01 557, der US-A 48 76 898, der US-A 47 93 191, der EP-A 553 939, der EP-A 1 001 254, der EP-A 12 48 084, der EP-A 1 448 956 oder der EP-A 1 421 349 ausführlich und detailliert beschrieben. Zum Führen des zumindest zeitweise strömenden Mediums umfassen die Messaufnehmer jeweils mindestens ein an einem zumeist eher dickwandigen, insb. rohrförmigen und/oder balkenartigen, Tragzylinder oder in einem Tragrahmen entsprechend schwingfähig gehaltertes Aufnehmer-Rohr. Darüber hinaus weisen die vorgenanten Messaufnehmer ein mit dem ersten Aufnehmer-Rohr zumindest über zwei, insb. aber vier Koppelelemente - auch Knotenplatten oder Koppler genannt - mechanisch gekoppeltes, ebenfalls zumindest zeitweise vibrierendes zweites Aufnehmer-Rohr auf, wobei wenigstens das erste Aufnehmer-Rohr als ein dem Führen von zu messendem Medium dienendes, mit der Rohrleitung kommunizierendes erstes Messrohr ausgebildet ist. Zum Erzeugen oben genannter Reaktionskräfte, werden die beiden Aufnehmer-Rohre, angetrieben von einer zumeist elektro-dynamischen Erregeranordnung, im Betrieb vibrieren gelassen wird, wobei die beiden Aufnehmer-Rohre zumindest zeitweise Biegeschwingungen um eine zu einer Längsachse des Messaufnehmers im Wesentlichen parallele gedachte Schwingungsachse ausführen. Zum Erfassen, insb. einlassseitiger und auslassseitiger, Vibrationen des Aufnehmer-Rohrs und zum Erzeugen wenigstens eines diese repräsentierenden Schwingungsmesssignals weisen solche Messaufnehmer ferner jeweils eine auf Bewegungen und insoweit auch auf mechanische Schwingungen des Aufnehmer- Rohrs reagierende Sensoranordnung auf.
[0004] Im Betrieb wird das vorbeschriebene, durch das wenigstens eine als Messrohr ausgebildet Aufnehmer-Rohr, das zumindest darin momentan geführte Medium sowie zumindest anteilig durch die Erreger- und die Sensoranordnung gebildete innere Schwingungssystems des Messaufnehmers mittels der elektro-mechanischen Erregeranordnung zumindest zeitweise in einem Nutzschwingungsmode zu mechanischen Schwingungen auf wenigstens einer dominierenden Nutz-Schwingungsfrequenz angeregt. Diese Schwingungen im so genannten Nutzschwingungsmode sind zumeist, insb. bei Verwendung des Messaufnehmers als Coriolis-Massedurchfluss- und/oder Dichtemesser, zumindest anteilig als Lateral-Schwingungen ausgebildet. Als Nutz- Schwingungsfrequenz wird dabei üblicherweise eine natürliche momentane Resonanzfrequenz des inneren Schwingungssystems gewählt, die wiederum sowohl von Größe, Form und Material des Aufnehmer-Rohrs als auch von einer momentanen Dichte des Mediums abhängig ist; ggf. kann die Nutz-Schwingungsfrequenz auch von einer momentanen Viskosität des Mediums signifikant beeinflusst sein. Infolge schwankender Dichte des zu messenden Mediums und/oder infolge von im Betrieb vorgenommen Mediumswechseln ist die Nutz-Schwingungsfrequenz im Betrieb des Messaufnehmers naturgemäß zumindest innerhalb eines kalibrierten und insoweit vorgegebenen Nutz-Frequenzbandes veränderlich, das entsprechend eine vorgegebene untere und eine vorgegebene obere Grenzfrequenz aufweist.
[0005] Das von dem wenigstens einen Aufnehmer-Rohr sowie der Erreger- und der Sensoranordnung gemeinsam gebildete innere Schwingungssystem des Messaufnehmers ist ferner üblicherweise von einem den Tragrahmen bzw. den Tragzylinder als integralen Bestandteil aufweisenden Aufnehmer-Gehäuse eingehaust, wobei letzteres über ein einlassseitiges Ende und ein auslassseitiges Ende mit der Rohrleitung mechanisch gekoppelt ist. Für Messaufnehmer vom Vibrationstyp entsprechend geeignete Aufnehmer-Gehäuse sind beispielsweise in der WO-A 03/076879, der WO-A 03/021202, der WO-A 01/65213, der WO-A 00/57141, der US-B 67 76 052, der US-B 67 11 958, der US-A 60 44 715, der US-A 53 01 557 oder der EP-A 1 001 254 beschrieben. Insbesondere bei Messaufnehmern mit gebogenen Aufnehmer-Rohren weist das Aufnehmer-Gehäuse eine mit dem Trägerrahmen verbundene, insb. mit diesem verschweißten, Gehäusekappe auf, die die Aufnehmer- Rohre zumindest teilweise umgibt.
[0006] Das Messaufnehmer-Gehäuse dient neben der Halterung des wenigstens einen
Messrohrs insb. auch dazu, dieses, die Erreger- und die Sensoranordnung sowie andere innen liegenden Bauteile vor äußeren Umwelteinflüssen, wie z.B. Staub oder Spritzwasser, zu schützen. Eine entsprechende Gehäusekappe für einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp zum Einhausen von wenigstens einem gebogenen, im Betrieb des Messaufnehmers vibrierenden Rohrsegments eines fluidführenden Messrohrs ist z.B. in der WO-A 03/021202, der WO-A 03/021203, der WO-A 00/ 57 141, der US-A 53 01 557, der EP-A 1 001 254 beschrieben.
[0007] Seitens der Anwender wird an derartige Gehäuse für Messaufnehmer häufig auch die Anforderung gestellt, dass sie im Falle eines undichten oder berstenden Messrohrs dem dann zumeist deutlich über dem Außendruck liegenden statischen Innendruck zumindest für eine vorgegebene Dauer leckfrei standhalten, vgl. hierzu auch die WO-A 00/ 57 141, die US-A 6044 715, die US-A 53 01 557 oder die EP-A 1 001 254. Zumindest für Anwendungen mit toxischen oder leicht entzündbaren Fluiden muss das Messaufnehmer-Gehäuse ggf. auch die an einen Sicherheitsbehälter zu stellenden Anforderungen erfüllen können. Ein damit einhergehendes Problem besteht, insb. für Anwendungen mit unter hohem statischen Druck von über 100 bar stehenden Medien, jedoch darin, dass es, nachdem das Messrohr undicht und somit das Messaufnehmer- Gehäuse ggf. mit einem erhöhten Innendruck beaufschlagt worden ist, zwar verzögert, so doch in der Wirkung gleich verheerend, unvermittelt zur Explosion des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder eines am Messaufnehmer-Gehäuse entsprechend fixierten Elektronik-Gehäuses für die Messgerät-Elektronik kommen kann. Dieser Fall kann im Besonderen auch dann eintreten, wenn die Mediums führende Rohrleitung mit unvorhersehbaren hohen Drücken und/oder mit einer Folge von Druckschlägen von unvorhersehbar hoher Häufigkeit und/oder Folgefrequenz beaufschlagt werden. Darüber hinaus kann es aufgrund von Materialfehlern und/oder -ermüdungen auch nach längeren Betreibszeiten durchaus auch bei in der Spezifikation liegenden Druckwerten zum Versagen von Messrohr und Messaufnehmer-Gehäuses kommen.
[0008] Anderseits verbietet sich oftmals, besonders bei umweltgefährdenden Medien, beispielsweise hochtoxischen und/oder hochexplosiven Stoffen, der Einsatz von entsprechenden Sicherheitsauslässe, wie z.B. Berstscheiben und/oder Überdruckventile, zum Abbau allfälliger Überdrücke im Messaufnehmer, da eine Kontaminierung der Umwelt mit dem Medium zumeist sicher vermieden werden muss.
[0009] Ausgehend davon besteht daher eine Aufgabe der Erfindung darin, ein In-Line-Mes sgeräte der beschriebenen Art dahingehend zu verbessern, dass ein Versagen des Messrohrs möglichst frühzeitig erkannt und insoweit unvermittelte Explosionen des InLine-Messgeräts, insb. des Messaufnehmer-Gehäuse und/oder des daran fixierten Elektronik-Gehäuses, verhindert werden können.
[0010] Zur Lösung der Aufgabe besteht die Erfindung in einem In-Line-Messgerät zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums, welches In-Line-Messgerät einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp sowie eine mit dem Messaufnehmer elektrisch gekoppelte Messgerät-Elektronik umfaßt. Der Messaufnehmer weist wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes, im Betrieb vibrierendes Messrohr, eine auf das wenigstens eine Messrohr einwirkende elektro-mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des Messrohrs, eine Sensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals mit wenigstens einem am wenigstens einen Messrohr oder in dessen Nähe angeordnete Schwingungssensor, sowie ein das wenigstens eine Messrohr zusammen mit der Erreger- und der Sensoranordnung einhausendes Messaufnehmer-Gehäuse auf. Darüber hinaus überwacht die Messgerät- Elektronik einen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/ oder eine Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs.
[0011] Des weiteren besteht die Erfindung in einem Verfahren zum Überwachen eines InLine-Messgeräts zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums, welches In-Line-Messgerät eine Messgerät- Elektronik sowie einen mit dieser elektrisch gekoppelten Messaufnehmer vom Vibrationstyp umfaßt, der wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes und im Betrieb vibrierendes Messrohr, eine auf das wenigstens eine Messrohr einwirkende elektro-mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des wenigstens einen Messrohrs, eine Sensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des wenigstens einen Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals mit wenigstens einem am Messrohr oder in dessen Nähe angeordnete Schwingungssensor, sowie ein das wenigstens eine Messrohr zusammen mit Erreger- und Sensoranordnung einhausendes Messaufnehmer-Gehäuse aufweist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt:
[0012] - Strömenlassen des zu messenden Mediums durch das wenigstens eine Messrohr des Messaufnehmers,
[0013] - Fließenlassen eines von der Messgeräte-Elektronik gelieferten Erregerstroms durch Erregeranordnung und Vibrierenlassen des wenigstens einen Messrohrs zum Erzeugen von mit wenigstens einer vom Medium zu erfassenden Messgröße korrespondierenden Reaktionskräften im Medium,
[0014] - Erfassen von Vibrationen des wenigstens einen Messrohrs mittels der Sensoranordnung und Erzeuen wenigstens eines mechanische Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals, sowie [0015] - Ermitteln eines statischen Innendrucks innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder einer Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs wobei die Messgerät- Elektronik.
[0016] Nach einer ersten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik unter Verwendung wenigstens eines während des Betriebs intern ermittelten und/oder intern gemessenen Betriebsparameters wiederholt wenigstens einen Überwachungswert, der in seiner Höhe vom momentanen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder von einem das wenigstens eine Messrohr momentan umgebenden Medium abhängig ist.
[0017] Nach einer zweiten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung des wenigstens einen Schwingungsmesssignals.
[0018] Nach einer dritten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung erzeugt die Messgerät-Elektronik wenigstens ein Treibersignal für die Erregeranordnung und generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung des wenigstens einen Treibersignals, insb. anhand des in der Erregeranordnung fließenden Erregerstroms.
[0019] Nach einer vierten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung ist die Erregeranordnung zumindest zeitweise von einem von der Messgerät-Elektronik getriebenen Erregerstrom durchflössen, und generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand des Erregerstroms und/oder anhand einer zeitlichen Änderung des Erregerstroms. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ermittelt die Messgerät-Elektronik einen, insb. digitalen, Erregerstromwert, der eine Stromstärke des Erregerstroms momentan repräsentiert, und generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung wenigstens eines intern ermittelten Erregerstromwerts, insb. anhand einer Folge von Erregerstromwerten. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand einer Folge von, insb. digital gespeicherten, Erregerstromwerten. Ferner ist vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung der Stromstärke des Erregerstrom und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der Stromstärke des Erregerstrom charakterisierenden Messgröße generiert.
[0020] Nach einer fünften Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung ist das In - Line-Messgerät weiters dafür vorgesehen und in der Lage, die Dichte des Mediums zu messen. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung ermittelt die Messgerät-Elektronik unter Verwendung des wenigstens einen Schwingungsmesssignals wiederholt einen, insb. digitalen, Dichte-Messwert, der eine Dichte des Mediums momentan repräsentiert, und generiert die Messgerät-Elektronik den Über- wachungswert unter Verwendung wenigstens eines intern ermittelten Dichte- Messwerts, insb. anhand einer Folge von Dichte-Messwerten. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand einer Folge von, insb. digital gespeicherten, Dichte- Messwerten. Nach einer anderen Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung der gemessenen Dichte und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der gemessenen Dichte charakterisierenden Messgröße. Femer ist vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik den Dichte-Messwert anhand der wenigstens einen der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz ermittelt.
[0021] Nach einer sechsten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung ist die Erregeranordnung zumindest zeitweise von einem von der Messgerät-Elektronik getriebenen Erregerstrom durchflössen, ermittelt die Messgerät-Elektronik unter Verwendung des wenigstens einen Schwingungsmesssignals wiederholt einen, insb. digitalen, Dichte-Messwert, der eine Dichte des Mediums momentan repräsentiert, und generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand eines Quotienten, der mittels eines intern ermittelten, den Erregerstrom momentan repräsentierenden Erregerstromwerts und eines intern ermittelten Dichte-Messwerts gebildet ist.
[0022] Nach einer siebenten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand wenigstens einer der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz, mit der das wenigstens eine Messrohr zumindest zeitweise schwingt, und/oder anhand einer zeitlichen Änderung dieser wenigstens einen Schwingungsfrequenz. Nach einer Weiterbildung dieser Ausgestaltung der Erfindung generierte die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der wenigstens einen der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz charakterisierenden Messgröße.
[0023] Nach einer achten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung vergleicht die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert mit einem vorgegebenen und/oder im Betrieb vorgebbaren Grenzwert, der eine für das Messrohr im Betrieb maximal zulässige Höhe des Überwachungswerts repräsentiert, und löst die Messgerät- Elektronik bei detektiertem Erreichen und/oder Überqueren des Grenzwerts einen Alarm aus.
[0024] Nach einer neunten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung vergleicht die Messgerät-Elektronik die zeitliche Änderung des Überwachungswerts mit einem vorgegebenen und/oder im Betrieb vorgebbaren Änderungsgrenzwert, der eine im Betrieb, insb. über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelte, maximal zulässige Änderungsgeschwindigkeit des Überwachungswerts repräsentiert, und löst die Messgerät- Elektronik bei detektiertem Erreichen und/oder Überqueren des Änderungsgrenzwerts einen Alarm aus.
[0025] Nach einer zehnten Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung generiert die Messgerät-Elektronik mittels des Überwachungswerts intern wenigstens ein Alarmsignal, das einen überhöhten statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder das Vorhandensein eines Lecks im wenigstens einen Messrohr signalisiert.
[0026] Nach einer elften Ausgestaltung des In-Line-Messgeräts der Erfindung kommuniziert die Messgerät-Elektronik mittels eines Datenübertragungssystems, insb. einem leitungsgebundenen Feldbussystem, mit einer übergeordneten, Messwerte verarbeitenden Steuerungseinheit, und sendet die Messgerät-Elektronik das Alarmsignal an die Steuerungseinheit.
[0027] Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Generieren wenigstens eines Überwachungswerts, der in seiner Höhe vom momentanen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer- Gehäuses und/oder von einem das wenigstens eine Messrohr momentan umgebenden Medium abhängig ist, mittels der Messgerät-Elektronik.
[0028] Nach einer zweiten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters einen Schritt des Vergleichens des wenigstens einen Überwachungswerts mit einem Grenzwert, der eine für das Messrohr im Betrieb maximal zulässige Höhe des Überwachungswerts repräsentiert, und/oder mit einem Änderungsgrenzwert, der eine im Betrieb, insb. über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelte, maximal zulässige Änderungsgeschwindigkeit des Überwachungswerts repräsentiert.
[0029] Nach einer dritten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, umfaßt dieses weiters Schritte des Detektiertens eines Erreichen und/oder Überquerens des Grenzwerts und/oder des Änderungsgrenzwert sowie Auslösen eines Alarms.
[0030] Nach einer vierten Ausgestaltung des Verfahrens der Erfindung, ermittelt die
Messgerät-Elektronik den wenigstens einen Überwachungswert anhand wenigstens eines während des Betriebs intern ermittelten und/oder intern gemessenen Betriebsparameters, insb. eines Erregerstromwerts, der eine Stromstärke des Erregerstroms momentan repräsentiert, einer der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz oder davon abgeleiteter Betriebsparameter.
[0031] Ein Grundgedanke der Erfindung besteht darin, allfällige Lecks im Messrohr und die damit einhergehende potentielle Gefährdung der Umgebung des InLine-Messgeräts dadurch zu erkennen, das die durch den erhöhten statischen Innendruck im Messaufnehmer-Gehäuse bedingte Veränderungen im Schwingverhalten des wenigstens einen Messrohrs anhand des Schwingungen bewirkenden Treibersignals und/oder anhand des Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals direkt erkannt werden. Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass somit zur Überwachung des Innendrucks des Messaufnehmer-Gehäuse und/ der des Messrohrs zusätzliche Drucksensoren nicht zwingend erforderlich sind.
[0032] Die Erfindung wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, in der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist. Funktionsgleiche Teile sind in den einzelnen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen, die jedoch in nachfolgenden Figuren nur dann wiederholt sind, wenn es sinnvoll erscheint.
[0033] Fig. Ia, b zeigen ein, beispielsweise als Coriolis-Massedurchfluss-/ Dichte- und/ oder Viskositäts-Messer dienendes, In-Line-Messgerät mit einem Messaufnehmer vom Vibrationstyp in verschieden Seitenansichten,
[0034] Fign. 2 bis 5 zeigen Einzelheiten eines für ein In-Line-Messgerät gemäß den Fign. Ia, b geeigneten Messaufnehmers vom Vibrationstyp in verschiedenen, teilweise geschnitten Seitenansichten,
[0035] Fig. 6 zeigt Verläufe für Abweichungen Messaufnehmer vom Vibrationstyp treibender Erregerströme von einem für den zugehörigen Messaufnehmer vorab jeweils ermittelten nominalen Erregerstrom, die für In-Line-Messgeräte gemäß den Fign. Ia, b bei unterschiedlichen Nennweiten und verschiedenen Innendrücke im Messaufnehmer-Gehäuse experimentell ermittelt wurden,
[0036] Fig. 7 zeigt Verläufe für Abweichungen von mittels In-Line-Messgeräten gemäß den Fign. Ia, b gemessenen Dichten von einer vorgegebenen Referenzdichte sind in Abhängigkeit vom innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses gemessenen Innendruck, die für In-Line-Messgeräte gemäß den Fign. Ia, b bei unterschiedlichen Nennweiten und verschiedenen Innendrücke im Messaufnehmer-Gehäuse experimentell ermittelt wurden, und
[0037] Fig. 8 zeigt Verläufe für auf die gemessenen Dichte-Messwerte gemäß Fig. 7 normierte zugehörige Erregerströme gemäß Fig. 6.
[0038] In den Fig. Ia, b ist ein, insb. als Coriolis-Massedurchfluss- und/oder Dichte- Messgerät ausgebildetes, In-Line-Messgerät 1 dargestellt, das beispielsweise dazu dient, einen Massendurchfluss m eines in einer - hier aus Übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellten - Rohrleitung strömenden Mediums zu erfassen und in einen diesen Massendurchfluss momentan repräsentierenden Massendurchfluss-Messwert Xn, abzubilden. Medium kann hierbei praktisch jeder strömungsfähige Stoff sein, insb. eine Flüssigkeit, ein Gas, ein Dampf oder dergleichen. Alternativ oder in Ergänzung kann das In-Line-Messgerät 1 ggf. auch dazu verwendet werden, eine Dichte, p, und/ oder eine Viskosität η des Mediums zu messen.
[0039] Zum Messen des Mediums umfaßt das In-Line-Messgerät 1 einen im Betrieb vom Medium entsprechend durchströmten Messaufnehmer 10 vom Vibrationstyp sowie eine mit dem Messaufnehmer 10 elektrisch verbundene - hier nicht im einzelnen, sondern lediglich als schematisch als Schaltungsblock dargestellte - Messgerät- Elektronik 20. In vorteilhafter Weise ist die Messgerät-Elektronik 20 so ausgelegt, dass sie im Betrieb des In-Line-Messgeräts 1 mit einer diesem übergeordneten Messwert- verarbeitungseinheit, beispielsweise einer speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS), einem Personalcomputer und/oder einer Workstation, via Datenübertragungssystem, beispielsweise einem seriellen Feldbus, Mess- und/oder andere Betriebsdaten austauschen kann. Des weiteren ist die Messgerät-Elektronik so ausgelegt, dass sie von einer externen Energieversorgung, beispielsweise auch über das vorgenannte Feldbussystem, gespeist werden kann. Für den Fall, dass das In-line-Messgerät für eine Ankopplung an ein Feldbus- oder ein anderes Kommunikationssystem vorgesehen ist, weist die, insb. programmierbare, Messgerät-Elektronik 20 zudem eine entsprechende Kommunikations-Schnittstelle für eine Datenkommunikation auf, z.B. zum Senden der Mess- und/oder Betriebsdaten an die bereits erwähnte speicherprogrammierbare Steuerung oder ein übergeordnetes Prozeßleitsystem.
[0040] In den Fig. 2 bis 5 ist in unterschiedlichen Darstellungsarten ein Ausführungsbeispiel für den, insb. als Coriolis-Massedurchfluss-, als Dichte- und/oder als Viskositäts-Aufnehmer dienenden, Messaufnehmer 1 vom Vibrationstyp gezeigt. Wie bereits erwähnt, dient der Messaufnehmer 1 dazu, in einem hindurchströmenden Medium solche mechanischen Reaktionskräfte, insb. vom Massendurchfluss abhängige Corioliskräfte, von der Mediumsdichte abhängige Trägheitskräfte und/oder von der Mediumsviskosität abhängige Reibungskräfte, zu erzeugen, die sensorisch erfaßbar und insoweit messbar auf den Messaufnehmer zurückwirken. Abgeleitet von diesen das Medium beschreibenden Reaktionskräften können mittels in der Messgerät- Elektronik entsprechend implementierten Auswerte-Verfahren in der dem Fachmann bekannten Weise z.B. der Massendurchfluss, die Dichte und/oder die Viskosität des Mediums gemessen werden. Der Messaufnehmer 1 ist im Betrieb in den Verlauf einer von einem zu messenden, insb. flüssigen, gasförmigen oder dampfförmigen, Medium durchströmten - aus Gründen der Übersichtlichkeit jedoch nicht dargestellten - Rohrleitung über Flansche 2, 3, einzusetzen. Anstatt mittels Flanschen kann der Messaufnehmer 1 an die erwähnte Rohrleitung auch durch andere bekannte Anschlußmittel angeschlossen werden, wie z.B. mittels Triclamp- Anschlüssen oder Schraubverbindungen.
[0041] Zum Führen von zu messendem Medium umfaßt der Messaufnehmer wenigstens ein in einem Aufnehmer-Gehäuse 10 schwingfähig gehaltertes, als Messrohr dienendes erstes Aufnehmer-Rohr 4, das im Betrieb mit der Rohrleitung kommuniziert und, angetrieben von einer elektro-mechanischen Erregeranordnung 60, zumindest zeitweise in wenigstens einem für die Ermittlung der physikalischen Messgröße geeigneten Schwingungsmode vibrieren gelassen wird. Als Materialien für das Aufnehmer-Rohr eignen sich im besonderen Stahl, insb. Edelstahl, Titan, Zirkonium oder Tantal. Darüber hinaus kann als Material für das Aufnehmer-Rohr aber auch praktisch jeder andere dafür üblicherweise verwendete oder zumindest geeignete Werkstoff dienen.
[0042] Neben dem Aufnehmer-Gehäuse 10 und dem darin gehalterten wenigstens einen Aufnehmer-Rohr 4 umfaßt der Messaufnehmer 1 ferner eine auf das wenigstens eine Aufnehmer-Rohr 4 einwirkende elektro-mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung 60 zum Erzeugen und/oder Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen, im besonderen auch dann, wenn das Aufnehmer-Rohr 4 vom zu messenden Mediums durchströmt ist. Des weiteren ist im Messaufnehmer eine auf mechanische Schwingungen, beispielsweise Biege-Schwingungen, des Aufnehmer-Rohrs 4 reagierende Sensoranordnung 70 zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des Aufnehmer-Rohrs 4 repräsentierenden Schwingungsmesssignals Syb vorgesehen. Zumindest das wenigstens eine Aufnehmer-Rohre 4, 5 sowie daran zusätzlich fixierte Komponenten, wie z.B. Teil der Erregeranordnung 60 und der Sensoranordnung 70 bilden somit ein inneres Schwingungssystem des Messaufnehmers.
[0043] Im Betrieb des Messaufnehmers 1 führt praktisch das gesamte innere Schwingungssystems des Messaufnehmers 1, das durch das wenigstens eine als Messrohr dienende Aufnehmer-Rohr 4, das momentan darin geführte Medium sowie zumindest anteilig durch die Erreger- und die Sensoranordnung 60, 70 gebildet ist, zumindest zeitweise mechanische Schwingungen mit wenigstens einer Nutz- Schwingungsfrequenz Fn aus, wobei die mechanischen Schwingungen zumindest zeitweise und/oder zumindest anteilig als Lateral-Schwingungen, insb. als Biege- Schwingungen, ausgebildet sind. Die momentane Nutz-Schwingungsfrequenz Fn des inneren Schwingungssystems ist dabei in vorteilhafter Weise so geregelt und so eingestellt, dass sie im Wesentlichen einer momentanen natürlichen Eigenfrequenz des inneren Schwingungssystems entspricht. Infolgedessen ist die Nutz- Schwingungsfrequenz Fn in dem Fachmann bekannter Weise sowohl von Größe, Form und Material des wenigstens einen Aufnehmer-Rohrs als auch im besonderen von einer momentanen Dichte des Mediums abhängig. Bei schwankender Dichte, beispielsweise aufgrund von sich ändernden Medieneigenschaften oder aufgrund von Mediumswechseln im Rohrleitungssystem, ist die Nutz-Schwingungsfrequenz Fn im Betrieb des Messaufnehmers somit innerhalb eines vorgegebenen, eine untere und eine obere Grenzfrequenz aufweisenden Nutz-Frequenzbandes ^Fn veränderlich, wobei die untere Grenzfrequenz mit einer höchstens zu erwartenden Dichte des Mediums korrespondiert, während die obere Grenzfrequenz beispielsweise bei entlüftetem Messrohr auftritt.
[0044] Neben dem, insb. einstückig ausgebildeten, Aufnehmer-Rohr 4 ist im hier gezeigten Ausführungsbeispiel ferner ein zum ersten Aufnehmer-Rohr 4 im Wesentlichen identisches, insb. ebenfalls mit der Rohrleitung kommunizierendes und insoweit als zweites Messrohr des Messaufnehmers dienendes, zweites Aufnehmer-Rohr 5 im Messaufnehmer vorgesehen, das im Betrieb ebenfalls mechanische Schwingungen ausführt. Die beiden, insb. zumindest abschnittsweise zueinander parallel verlaufenden, Aufnehmer-Rohre 4, 5 können, wie in den Fig. 5 und 6 angedeutet und beispielsweise auch in der US-B 67 11 958, der US-A 57 96 011, der US-A 53 01 557 gezeigt, mittels entsprechender Verteilerstücke 11, 12 jeweils einlaßseitig und aus- laßseitig miteinander zu im Betrieb parallel durchströmten Strömungspfaden verbunden sein; sie können aber auch, wie z.B. in der
US-A 6044 715 gezeigt, unter Bildung hintereinander liegender Strömungspfade seriell miteinander verbunden sein. Es ist aber auch möglich, wie beispielsweise auch in der US-B 66 66 098 oder der
US-A 55 49 009 vorgeschlagen, lediglich eines der beiden Aufnehmer-Rohre als dem Führen von Medium dienendes Messrohr und das andere als vom zu messenden Medium nicht durchströmtes, der Verringerung von intrinsischen Imbalancen im Messaufnehmer dienendes Blindrohr zu verwenden.
[0045] Zum Feinabstimmen des mittels der beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 gebildeten inneren Schwingungssystems auf geeignete mechanische Eigenfrequenzen sowie zur Minimierung von durch die vibrierenden Aufnehmer-Rohren einlaßseitig oder aus- laßseitig im Aufnehmer-Gehäuse verursachten mechanische Spannungen und/oder Vibrationen können die beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 ferner einlaßseitig mittels wenigstens eines ersten Koppelelements 217a, 217b, 217c sowie auslaßseitig mittels wenigstens eines zweiten Koppelelement 218a, 218b, 218c miteinander mechanisch verbunden sein.
[0046] Im hier gezeigten Ausführungsbeispiel weist jedes der beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 wenigstens ein in zumindest einer Ebene zumindest abschnittsweise gebogenes zentrales Mittel-Rohrsegment 41, 51 auf. Die Aufnehmer-Rohre 4, 5 können dabei beispielsweise, wie auch in der
US-B 67 76 052 gezeigt, eine ausgeprägte U-Form aufweisen oder, wie auch in der US-B 68 02 224 oder der US-B 67 11 958 vorgeschlagen, im Wesentlichen V-förmig oder auch trapezförmig ausgebildet sein. Des weiteren können die Aufnehmer-Rohre aber auch, wie z.B. in der
US-A 57 96 011 beschrieben, nur sehr geringfügig oder, wie z.B. in der WO-A 01/65213, der US-B 63 08 580, der US-A 60 92 429, der US-A 6044 715 gezeigt, eher rechteck- oder trapezartig ausgebogen. Als Alternative zu dem als Messrohr dienenden gebogenen Aufnehmer-Rohr kann, wie beispielsweise in der US-A 47 93 191, der US-A 56 02 345, der US-A 60 06 609, der US-B 68 80 410, der US-B 68 51 323 oder der
US-B 68 40 109, beschrieben, femer auch ein gerades Rohr dienen.
[0047] Bei dem in den Fign. 2 und 3 dargestellten Messaufnehmer ist jedes der beiden zentralen Mittel-Rohrsegmente jeweils im Wesentlichen V-förmig gebogen. Dabei umfaßt jedes der beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 ferner jeweils einlaßseitig ein gerades, zur der gedachten Schwingungsachse im Wesentlichen parallel verlaufendes Einlaß- Rohrsegment, das jeweils über ein einlaßseitiges bogenförmiges Zwischen- Rohrsegment in das jeweilige Mittel-Rohrsegment mündet. Darüber hinaus weist jedes der beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 jeweils auslaßseitig ein gerades, zur der gedachten Schwingungsachse im Wesentlichen parallel verlaufendes Auslaß-Rohrsegment auf, das jeweils über ein bogenförmiges auslaßseitiges Zwischen-Rohrsegment in das jeweilige Mittel-Rohrsegment mündet. Femer weist jedes der Mittel-Rohrsegmente einen Scheitelbogen mit einem Öffnungswinkel auf, der kleiner als 150°, insb. kleiner als 120°, ist. Zumindest die Mittel-Rohrsegmente 41, 51 der beiden Aufnehmer-Rohre 4, 5 werden im Betrieb von der daran zumindest anteilig fixierten elektro-me- chanischen Erregeranordnung 60 zu auslegerartigen Vibrationen angeregt, bei denen sie aus der oben erwähnten Ebene lateral ausgelenkt und zueinander im Wesentlichen gegenphasig schwingen gelassen werden. Dabei führen das erste Aufnehmer-Rohr und das zweite Aufnehmer-Rohr im Betrieb zumindest zeitweise Biegeschwingungen um eine zu einer Längsachse L des Messaufnehmers im Wesentlichen parallele gedachte Schwingungsachse aus. Anders gesagt, werden zumindest die Mittel-Rohrsegmente 41, 51 in einem Biegeschwingungsmode nach der Art einseitig eingespannter Ausleger oder Zinken einer Stimmgabel schwingen gelassen. Die Erregeranordnung 60 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel zumindest einen jeweils im Bereich der Scheitelbögen, insb. etwa jeweils mittig, an den beiden Aufnehmer-Rohren 4, 5 angeordneten Schwingungserreger auf. Bei dem Schwingungserreger kann es sich beispielsweise um einen solchen vom elektro-dynamischen Typ, also einen mittels einer am Aufnehmer-Rohr 5 fixierten Magnetspule 62 und einen darin eintauchenden, am anderen Aufnehmer-Rohr 4 entsprechend fixierten Anker 61 realisierten Schwingungserreger, handeln.
[0048] Zum Erfassen von Vibrationen wenigstens des einen Aufnehmer-Rohrs 4 und zum Erzeugen des wenigstens einen Schwingungen des Aufnehmer-Rohrs 4 repräsentierenden Schwingungsmesssignals Syb ist, wie bereits erwähnt, eine Sensoranordnung vorgesehen, mittels der in der für derartige Messaufnehmer üblichen Weise, insb. einlaß- und auslaßseitige, Vibrationen des Rohrsegments 41 signalisiert und einer elektronischen Weiterverarbeitung zugeführt werden können. Im gezeigten Ausführungsbeispiel weist die Sensoranordnung dafür einen einlaßseitig an den Aufnehmer- Rohren 4, 5 angeordneten ersten Schwingungssensor sowie einen auslaßseitig an den Aufnehmer-Rohren 4, 5 angeordneten, insb. zum ersten Schwingungssensor im We- sentlichen identischen oder baugleichen, zweiten Schwingungssensor auf. Bei den Schwingungssensoren kann es sich ebenfalls um solche vom elektro-dynamischen Typ, also jeweils mittels einer am Aufnehmer-Rohr 5 fixierten Magnetspule 72, 82 und einen darin eintauchenden, am anderen Aufnehmer-Rohr 4 entsprechend fixierten Anker 71, 81 realisierten Schwingungssensor, handeln. Darüber hinaus können als Schwingungssensoren auch andere dem Fachmann bekannte, beispielsweise optoelektronische, Schwingungssensoren verwendet werden.
[0049] Zum Ermitteln der wenigstens einen physikalische Messgröße anhand des wenigstens einen Schwingungsmesssignals Syb sind die Erregeranordnung 60 und die Sensoranordnung 70 ferner, wie bei derartigen Messaufnehmern üblich, in geeigneter Weise mit einer in der Messgerät-Elektronik 20 entsprechend vorgesehenen der Mess- und Betriebsschaltung elektrisch verbunden, beispielsweise galvanisch und/oder induktiv und/oder opto-elektronisch gekoppelt. Die Mess- und Betriebsschaltung wiederum erzeugt einerseits ein die Erregeranordnung 60 entsprechend treibendes, beispielsweise hinsichtlich eines Erregerstromes und/oder einer Erregerspannung geregeltes, Treibersignal sxc. Infolgedessen wird ein von der Messgeräte-Elektronik 20 entsprechend gelieferter Erregerstrom durch Erregeranordnung fließengelassen, der mittels des wenigstens einen Schwingungserregers in das wenigstens eine Messrohrs vibrierenlassende Erregerkräfte umgewandelt wird. Andererseits empfängt die Mess- und Betriebsschaltung das wenigstens eine Schwingungsmesssignal Syb der Sensoranordnung 70 und generiert daraus gewünschte Messwerte, die beispielsweise einen Massedurchfluss, eine Dichte und/oder eine Viskosität des zu messenden Mediums repräsentieren können und die ggf. vor Ort angezeigt oder auch ggf. übergeordnet weiterverarbeitet werden. Die Messgerät-Elektronik 20 einschließlich der Mess- und Betriebsschaltung kann beispielsweise in einem separaten Elektronik-Gehäuse 9 untergebracht sein, das vom Messaufnehmer entfernt angeordnet oder, unter Bildung eines einzigen, kompakten In-Line-Messgeräts, direkt am Messaufnehmer 1, beispielsweise von außen am Messaufnehmer-Gehäuses 10, fixiert sein. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel ist dafür am Aufnehmer-Gehäuse ferner ein dem Haltern des Elektronik-Gehäuses 9 dienendes halsartiges Übergangsstücks 8 angebracht. In den Fig. 4 bis 6 sind das Übergangsstück 8 und das Elektronik-Gehäuse 9 allerdings weggelassen; lediglich in Fig. 6 ist eine in eine Wand des Aufnehmer- Gehäuses 10 eingelassene Ansatzfläche 63 für das Übergangsstück 8 zu sehen. In der Ansatzfläche 63 ist eine elektrische Durchführung 64 angeordnet, mittels der elektrische Verbindungen zur Erregeranordnung 60 und zur Sensoranordnung 70 sowie gegebenenfalls weiteren elektrischen Komponenten, wie z.B. im Messaufnehmer 1 ggf. vorgesehenen Druck- und/oder Temperatursensoren, herstellbar sind.
[0050] Die Aufnehmer-Rohre 4, 5 des Messaufnehmers wie auch die daran jeweils an- gebrachte Erreger- und Sensoranordnung sind, wie aus der Zusammenschau der Fign. Ia, b und 3 ohne weiteres ersichtlich, vom bereits erwähnten Aufnehmer-Gehäuse 10 praktisch vollständig umhüllt. Das Aufnehmer-Gehäuse 10 dient insoweit also nicht nur als Halterung des wenigstens einen Aufnehmer-Rohrs 4 sondern darüber hinaus auch dazu, die innen liegenden Bauteile des Messaufnehmers 1, wie z.B. die Erregerund die Sensoranordnung und allfällig darüber hinaus innerhalb des Aufnehmer- Gehäuse plazierte Komponenten des Messaufnehmers vor äußeren Umwelteinflüssen, wie z.B. Staub oder Spritzwasser, zu schützen. Überdies kann das Aufnehmer-Gehäuse 10 ferner auch so ausgeführt und so bemessen sein, dass es bei allfälligen Schäden am Aufnehmer-Rohr 4, z.B. durch Rißbildung oder Bersten, ausströmendes Medium bis zu einem geforderten maximalen Überdruck im Inneren des Aufnehmer-Gehäuses möglichst vollständig zurückzuhalten kann. Als Material für das Aufnehmer-Gehäuse, insb. auch die Gehäusekappe 7, können z.B. Stähle wie Baustahl oder rostfreier Stahl, oder auch andere geeignete hochfeste Werkstoffe verwendet werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung des Messaufnehmers bestehen das, insb. zumindest abschnittsweise gebogene, Aufnehmer-Rohr 4 und das Aufnehmer-Gehäuse aus jeweils dem gleichen Material, insb. Stahl oder Edelstahl, oder zumindest aus einander ähnlichen Materialien, insb. verschiedenen Stahlsorten. Ferner ist vorgesehen, die Flansche, wie auch in Fig. 3a, b dargestellt und wie bei derartigen Messaufnehmer durchaus üblich, als integralen Bestandteil des Aufnehmer-Gehäuses auszubilden, um so eine möglichst kurze Einbaulänge bei möglichst hoher Stabilität des Messaufnehmers zu erreichen; gleichermaßen können auch die ggf. vorgesehenen Verteilerstücke 11, 12 direkt in das Aufnehmer-Gehäuse integriert sein. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel umfaßt das Aufnehmer-Gehäuse 10 ein - hier als seitlich zumindest teilweise offenen Tragzylinder dargestelltes - Tragelement 6, das, wie in den Fign. 4 bis 6 dargestellt, mit dem wenigstens einen Aufnehmer-Rohr einlaßseitig und auslaßseitig mechanisch so verbunden ist, dass das wenigstens eine gebogene Rohrsegment 41 seitlich herausragt. Ferner weist das Aufnehmer-Gehäuse eine von den gebogenen Mittel-Rohrsegmenten der Aufnehmer-Rohre 4, 5 beabstandet angeordnete und am Tragelement 6, insb. dauerhaft und/oder mediumsdicht, fixierte Gehäusekappe 7. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest das Aufnehmer-Rohr 4 im hier rohrförmigen Tragelement 6 einlaß- und auslaßseitig so gehaltert, dass das schwingfähige Mittel-Rohrsegment 41, durch zwei Ausnehmungen 61, 62 des Tragelements 6 verlaufend, seitwärts aus diesem heraus- und somit in die ebenfalls am Tragelement 6 fixierte Gehäusekappe 7 hineinragt. Es sei hierbei noch erwähnt, das anstelle des hier eher rohrförmig dargestellten Tragelements 6 auch ein ggf. massiver Tragzylinder mit einem anderen geeigneten Querschnitt verwendet werden kann, beispielsweise auch ein eher balkenförmig ausgebildetes Tragelement. Die dem Einhausen des Rohrsegments 41 dienende Gehäusekappe 7 umfaßt, wie in Fig. 3a, b schematisch dargestellt, ein rinnenförmiges Kappensegment 10c sowie ein im Wesentlichen ebenes erstes seitliches Gehäuse-Segment 10a und ein zu diesem im Wesentlichen spiegelsymmetrisches zweites seitliches Gehäuse-Segment 10b. Die Form des Kappensegments 10c entspricht, wie aus der Zusammenschau von Fig. 3a und 3b ohne weiteres ersichtlich, im Wesentlichen der einer toroidalen Schale. Dementsprechend weist das Kappensegment 10c einen im Wesentlichen kreisbogenförmigen, bevorzugt halbkreisförmigen, Querschnitt von vorgebbarem Radius r auf und, zumindest virtuell, einen im Wesentlichen kreisbogenförmigen ersten Segmentrand 10c' mit einem im Vergleich zum Radius r wesentlich größeren Radius R sowie einem zum ersten Segmentrand im Wesentlichen identisch geformten zweiten Segmentrand 10c". Falls erforderlich, kann sowohl der Querschnitt als auch der Segmentrand nicht ideal-kreisförmig, also leicht elliptisch geformt sein. Wie aus der Zusammenschau der Fign. 3a, b und 4 ohne weiteres ersichtlich, sind die seitlichen Gehäuse-Segmente 10a, 10b jeweils über einen kreisbogenförmigen ersten Segmentrand 10a' bzw. 10b' mit dem ersten bzw. zweiten Segmentrand 10c', 10c" des Kappensegments 10c verbunden, und zwar so, dass die seitlichen Gehäuse-Segmente 10a, 10b jeweils in einer Tangentialebene des Kappensegments 10c und somit zu einer an den zugehörigen Segmentrand lOca bzw. lOcb anlegbaren Tangente im Wesentlichen fluchtend ausgerichtet sind. Anders gesagt, zwischen dem Kappen- und dem Gehäuse-Segment 10c, 10a bzw. dem Kappen- Gehäuse-Segment 10c, 10b ist jeweils ein weitgehend stetiger, also möglichst glatter Übergang geschaffen, in dem bei zulässigem innerem Überdruck möglichst keine oder nur sehr geringe Biegespannungen erzeugt werden. Außerdem ist die Gehäusekappe 7 über einen dritten Segmentrand 1Oc+ und einen vierten Segmentrand 10c# des Kappensegments 10c sowie über jeweils einen zweiten Segmentrand 10a", 10b" des ersten und zweiten seitlichen Gehäuse-Segments 10a bzw. 10b am Tragelement 6 fixiert, und zwar so, dass das Kappensegment bzw. die Gehäuse-Segmente 10c, 10a, 10b im Betrieb vom wenigstens einen vibrierenden Rohrsegment 41 beabstandet bleiben. Zur Herstellung der Gehäusekappe 7 können die Segmente 10c, 10a, 10b z.B. jeweils einzeln vorgefertigt und nachträglich zusammengefügt, insb. miteinander verschweißt werden. In vorteilhafter Weise kann bei der Herstellung der Gehäusekappe 7 z.B. auch das in der bereits erwähnten WO-A 03/021202 beschriebene Verfahren zum Herstellen einer als Gehäusekappe 7 verwendbaren Metallkappe angewendet werden, bei dem diese durch Verschweißen zweier im Wesentlichen identisch geformter, insb. aus einem tellerförmigen Halbzeug ausgeschnittener, Kappenhälften mit einer, insb. viertel- torusförmigen, Randwulst gebildet wird. Ferner kann die Gehäusekappe 7 z.B. auch aus einem Metallblech von entsprechender Dicke tiefgezogen werden. [0053] Wie bereits erwähnt erzeugt, die Messgerät-Elektronik 20 im Betrieb einerseits das die Erregeranordnung speisende Treibersignal, andererseits empfängt die Messgerät- Elektronik die Schwingungssignale der Sensoranordnung und generiert daraus gewünschte, den Massedurchfluss, die Dichte, die Viskosität oder die Temperatur des strömenden Fluids repräsentierende Messwerte. Erfindungsgemäß ist ferner vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik im Betrieb einen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder eine Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs überwacht. Dafür ermittelt die Messgerät-Elektronik gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung anhand wenigstens eines intern der Messgerät- Elektronik ermittelten bzw. aktualisierten Betriebsparameters wiederholt wenigstens einen Überwachungswert, der in seiner Höhe vom momentanen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder von einem das wenigstens eine Messrohr momentan umgebenden Medium abhängig ist. Für den oben erwähnten Fall, dass die Messgerät-Elektronik mittels des Datenübertragungssystems mit einer übergeordneten, Messwerte verarbeitenden Steuerungseinheit kommuniziert, kann die Messgerät-Elektronik beispielsweise das Alarmsignal via Datenübertragungssystems auch an die Steuerungseinheit senden.
[0054] Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist femer vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert mit einem Grenzwert vergleicht, der eine für das Messrohr im Betrieb maximal zulässige Höhe des Überwachungswerts repräsentiert und/oder dass die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert mit einem Änderungsgrenzwert vergleicht, der eine im Betrieb, insb. über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelte, maximal zulässige Änderungsgeschwindigkeit des Überwachungswerts repräsentiert. Für den Fall, dass die Messgerät-Elektronik ein Erreichen und/oder Überqueren des Grenzwerts oder des Änderungsgrenzwertes detektiert wird von Messgerät-Elektronik ein entsprechender Alarm ausgelöst. Bei dem Grenzwert bzw. Änderungsgrenzwert kann es sich sowohl um vorab, beispielsweise bei der Kalibrierung und/oder bei der Inbetriebnahme des In-Line-Messgeräts, ermittelte Datenwerte handeln; falls erforderlich kann der Grenzwert bzw. der Änderungsgrenzwert aber auch im Betrieb des In-Line-Messgeräts seitens des Anwenders, beispielsweise auch via Datenkommunikationssystem, geändert und somit zeitnah an die tatsächlichen Gegebenheiten, beispielsweise die Art oder Eigenschaften des momentan zu messenden Mediums, angepaßt werden.
[0055] Weiterführende Untersuchungen haben gezeigt, dass dabei sowohl das Treibersignal für die Erregeranordnung als auch das wenigstens eine Schwingungsmesssignal Informationen über den zu überwachenden statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und insoweit auch über die zu überwachende Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs liefern kann. Dementsprechend kann es sich bei dem während des Betriebs intern ermittelten und/oder intern gemessenen Betriebsparameter beispielsweise um den Erregerstrom, die momentan angeregete Nutz- Schwingungsfrequenz, eine momentane Dämpfung des schwingenden Messrohrs und/ oder davon abgeleitete Parameter, wie z.B. die mittels der Messgerät-Elektronik momentan gemessene Dichte, p, und/oder die mittels der Messgerät-Elektronik gemessene Viskosität, η, des Mediums handeln. So konnte beispielsweise festgestellt werden, dass eine im Betrieb ohne weiteres messbare Abweichung des Erregerstroms von einem im Normalbetrieb nominal erwarteten Erregerstrom eine sehr starke, nahezu proportionale Abhängigkeit von dem momentanen statischen Innendruck aufweist. Entsprechende Verläufe des Erregerstroms bzw. von dessen Abweichung vom nominalen Erregerstrom, die exemplarisch anhand zweier im Wesentlichen baugleicher Messaufnehmer unterschiedlicher Nennweite
(DN 15, DN 25) und für verschiedene Innendrücke im Messaufnehmer-Gehäuse experimentell ermittelt wurden, sind in Fig. 6 dargestellt.
[0056] Dementsprechend ist nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung des wenigstens einen Treibersignals, insb. anhand des in der Erregeranordnung fließenden Erregerstroms und/oder anhand einer zeitlichen Änderung des Erregerstroms, generiert. Hierzu ermittelt die Messgerät-Elektronik nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung zumindest zeitweise intern einen, insb. digitalen, E rreger- stromwert, der eine Stromstärke des Erregerstroms momentan repräsentiert, der dann auch dazu verwendet wird, den Überwachungswert zu generieren. Falls erforderlich, können auch eine Folge und/oder eine zeitliche Mittelung von mehren, insb. digital gespeicherten, Erregerstromwerten der Erzeugung des Überwachungswerts dienen. Alternativ oder in Ergänzung können auch eine zeitlichen Ableitung der Stromstärke des Erregerstrom und/oder eine andere, zeitliche Änderungen der Stromstärke des Erregerstrom charakterisierenden Messgröße, beispielsweise der Kehrwert der zeitlichen Ableitung und/oder ein zeitlicher Mittelwert, zur Ermittlung des Überwachungswerts herangezogen werden. Darüberhinaus können anstelle absoluter Werte für den Erregerstrom bzw. dessen momentaner Abweichung vom nominalen Erregerstrom auch relative Werte für die Abweichungen und insoweit auch für die Ermittlung des Überwachungswerts herangezogen werden.
[0057] Es konnte zudem festgestellt werden, dass neben dem Erregerstrom auch die im Betrieb basierend auf dem Schwingungsmesssignal, insb. anhand der Nutz- Schwingungsfrequenz, gemessene Dichte, p, gleichermaßen signifikant auf eine Erhöhung des statischen Innenrucks im Messaufnehmer-Gehäuse mit einer korrespondierenden Abweichung von einer nominellen Referenzdichte reagiert. Experimentell ermittelte Verläufe der gemessenen Dichte bzw. von deren Abweichung von einer vorgegebenen Referenzdichte sind in Abhängigkeit vom innerhalb des Messaufnehmer- Gehäuses gemessenen Innendruck in Fig. 7 exemplarisch dargestellt. Demgemäß ist die Messgerät-Elektronik nach einer Weiterbildung der Erfindung femer dafür vorgesehen, die Dichte, p, des Mediums zu messen und zumindest zeitweise einen die die Dichte, p, des Mediums repräsentierenden, insb. digitalen, Dichte-Messwert Xp zu liefern. Dabei ist die Messgerät-Elektronik ferner dafür ausgelegt, den Überwachungswert unter Verwendung des intern ermittelten Dichte-Messwerts Xp, insb. anhand einer Folge von digital gespeicherten Dichte-Messwerten, zu generieren. Alternativ oder in Ergänzung können auch eine zeitlichen Ableitung der gemessenen Dichte und/oder eine andere, zeitliche Änderungen der gemessenen Dichte charakterisierenden Messgrößen der Ermittlung des Überwachungswerts dienen. Es ei an dieser Stelle noch erwähnt, dass anstelle der gemessenen Dichte auch die von der Dichte des Mediums abhängige Schwingungsfrequenz, mit der das wenigstens eine Messrohr zumindest zeitweise schwingt, zur Generierung des Überwachungswerts herangezogen werden kann, zumal die im Betrieb angeregte Nutz-Schwingungsfrequenz zumindest zur Regelegung des Treibersignals wie auch ggf. zum Zwecke der Dichtemessung ohnehin ermittelt wird. Gleichermaßen können daher auch von der wenigstens einen Schwingungsfrequenz darüber hinaus abgeleitete Messgrößen zur Generierung des Überwachungswerts verwendet werden, beispielsweise zeitliche Änderungen oder andere, zeitliche Änderungen der wenigstens einen Schwingungsfrequenz charakterisierenden Messgrößen. Der Grenzwert kann dabei beispielsweise mit der oben erwähnten unteren Grenzfrequenz des Nutz-Frequenzbandes ^Fn korrespondieren, während der der Änderungsgrenzwert beispielsweise anhand einer maximal zulässigen Änderungsgeschwindigkeit für die Nutz-Schwingungsfrequenz für den Messaufnehmer vorab bestimmt werden kann. Auch bei der Verwendung der gemessenen Dichte bzw. der gemessenen Schwingungsfrequenz kann der Überwachungswert ebenfalls sowohl basierend auf absoluten als auch basierend auf relativen Werten für die momentanen Abweichungen vom zugehörigen Nominalwert werden. Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die
Messgerät-Elektronik den Überwachungswert sowohl anhand des Erregerstroms als auch anhand des intern ermittelten Dichte-Messwerts und/oder der wenigstens einen intern gemessenen Schwingungsfrequenz des Messrohrs ermittelt. Als dafür besonders vorteilhafter Betriebsparameter hat sich beispielsweise ein Quotient erwiesen, der mittels des intern ermittelten Erregerstromwerts und des intern ermittelten Dichte- Messwerts gebildet ist, wobei sich unter Verwendung der oben erwähnten, experimentell für den Erregerstrom und die Dichte jeweils ermittelten Messdaten die in Fig. 8 gezeigten Verläufe für die jeweils auf die zugehörig gemessenen Dichte-Messwerte normierten Erregerströme ergeben. Deutlich erkennbar ist der anfänglich sehr steile Abfall des entsprechend normierten Erregerstroms, der dazu führt, dass schon bei sehr geringfügigen und eher unkritischen Druckerhöhungen im Bereich unterhalb von 100 bar ein einfaches und robustes Detektieren des im Messaufnehmer-Gehäuse herrschenden überhöhten statischen Innendrucks infolge von eindringender Leckage ermöglicht. Aufgrund der intrinsischen Überwachung auch des statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses wie auch der Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs ist das erfindungsgemäße In-Line-Messgerät besonders auch für den Einsatz in Rohrleitungssystemen geeignet, die potentiell umweltgefährdende, insb. toxische und/oder explosive, Medien führen. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße InLine-Messgerät in vorteilhafter Weise auch in Rohrleitungssystemen eingesetzt werden, die betriebsgemäß unter hohem Druck von weit über 200 bar stehende Fluide führen. Von besonderem Vorteil ist das selbsttätige Überwachen des Innendrucks im Messaufnehmer-Gehäuse mittels der Messgerät-Elektronik außerdem für InLine-Messgeräte, deren Messaufnehmer-Gehäuse, wie es beispielsweise beim oben erwähnten Tragzylinder oftmals der Fall ist, vergleichsweise dickwandig und insoweit auch vergleichsweise druckfest ausgebildet ist, da dann einerseits eine Druckerhöhung im Inneren von außen kaum sichtbar wird und andererseits ein allfälliges Bersten des Messaufnehmer-Gehäuse aufgrund der dann sehr hohen gespeicherten mechanischen Energie katastrophale Zerstörungen innerhalb der betroffenen Anlage verursachen würde.

Claims

Ansprüche
[0001] 1. In-Line-Messgerät zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums, welches In-Line-Messgerät einen Messaufnehmer vom Vibrationstyp sowie eine mit dem Messaufnehmer elektrisch gekoppelte Messgerät-Elektronik umfaßt, -wobei der Messaufnehmer - -wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes, im Betrieb vibrierendes Messrohr, —eine auf das wenigstens eine Messrohr einwirkende elektro- mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des Messrohrs, —eine Sensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals mit wenigstens einem am Messrohr oder in dessen Nähe angeordnete Schwingungssensor, sowie —ein das wenigstens eine Messrohr zusammen mit der Erreger- und der Sensoranordnung einhausendes Messaufnehmer-Gehäuse aufweist, -wobei die Messgerät-Elektronik einen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder eine Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs überwacht.
[0002] 2. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die M essgerät-
Elektronik anhand wenigstens eines während des Betriebs intern ermittelten und/ oder intern gemessenen Betriebsparameters wiederholt wenigstens einen Überwachungswert ermittelt, der in seiner Höhe vom momentanen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder von einem das wenigstens eine Messrohr momentan umgebenden Medium abhängig ist.
[0003] 3. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung des wenigstens einen Schwingungsmesssignals generiert.
[0004] 4. In-Line-Messgerät gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Messgerät-Elektronik wenigstens ein Treibersignal für die Erregeranordnung erzeugt, und wobei die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung des wenigstens einen Treibersignals, insb. anhand des in der Erregeranordnung fließenden Erregerstroms, generiert.
[0005] 5. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Erregeranordnung zumindest zeitweise von einem von der Messgerät-Elektronik getriebenen Erregerstrom durchflössen ist, und wobei die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand des Erregerstroms und/oder anhand einer zeitlichen Änderung des Erregerstroms generiert.
[0006] 6. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik einen, insb. digitalen, Erregerstromwert ermittelt, der eine Stromstärke des Erregerstroms momentan repräsentiert, und wobei die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung wenigstens eines intern ermittelten Erregerstromwerts, insb. anhand einer Folge von Erregerstromwerten, generiert.
[0007] 7. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert anhand einer Folge von, insb. digital gespeicherten, Erregerstromwerten generiert.
[0008] 8. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung der Stromstärke des Erregerstrom und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der Stromstärke des Erregerstroms charakterisierenden Messgröße generiert.
[0009] 9. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, das weiters dafür vorgesehen ist, die Dichte des Mediums zu messen, wobei die Messgerät- Elektronik unter Verwendung des wenigstens einen Schwingungsmesssignals wiederholt einen, insb. digitalen, Dichte-Messwert ermittelt, der eine Dichte des Mediums momentan repräsentiert, und wobei die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert unter Verwendung wenigstens eines intern ermittelten Dichte-Messwerts, insb. anhand einer Folge von Dichte-Messwerten, generiert.
[0010] 10. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert anhand einer Folge von, insb. digital gespeicherten, Dichte-Messwerten, generiert.
[0011] 11. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung der gemessenen Dichte und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der gemessenen Dichte charakterisierenden Messgröße generiert.
[0012] 12. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8 und einem der
Ansprüche 9 bis 11, wobei die Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand eines Quotienten generiert, der mittels eines intern ermittelten Erregerstromwerts und eines intern ermittelten Dichte-Messwerts gebildet ist.
[0013] 13. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 12, wobei die
Messgerät-Elektronik den Überwachungswert anhand wenigstens einer der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz, mit der das wenigstens eine Messrohr zumindest zeitweise schwingt, und/oder anhand einer zeitlichen Änderung dieser wenigstens einen Schwingungsfrequenz generiert.
[0014] 14. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik den Überwachungswert anhand einer zeitlichen Ableitung und/oder einer anderen zeitliche Änderungen der wenigstens einen der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz charakterisierenden Messgröße generiert. [0015] 15. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 9 bis 12 und einem der
Ansprüche 13 bis 14, wobei die Messgerät-Elektronik den Dichte-Messwert anhand der wenigstens einen der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz ermittelt.
[0016] 16. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 15, wobei die
Messgerät-Elektronik den Überwachungswert mit einem vorgegebenen und/oder im Betrieb vorgebbaren Grenzwert vergleicht, der eine für das Messrohr im Betrieb maximal zulässige Höhe des Überwachungswerts repräsentiert, und wobei die Messgerät-Elektronik bei detektiertem Erreichen und/oder Überqueren des Grenzwerts einen Alarm auslöst.
[0017] 17. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 16, wobei die
Messgerät-Elektronik die zeitliche Änderung des Überwachungswerts mit einem vorgegebenen und/oder im Betrieb vorgebbaren Änderungsgrenzwert vergleicht, der eine im Betrieb, insb. über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelte, maximal zulässige Änderungsgeschwindigkeit des Überwachungswerts repräsentiert, und wobei die Messgerät-Elektronik bei detektiertem Erreichen und/ oder Überqueren des Änderungsgrenzwert einen Alarm auslöst.
[0018] 18. In-Line-Messgerät gemäß einem der Ansprüche 2 bis 17, wobei die
Messgerät-Elektronik mittels des Überwachungswerts intern wenigstens ein Alarmsignal generiert, das einen überhöhten statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder das Vorhandensein eines Lecks im wenigstens einen Messrohr signalisiert.
[0019] 19. In-Line-Messgerät gemäß dem vorherigen Anspruch, wobei die Messgerät-
Elektronik mittels eines Datenübertragungssystems, insb. einem leitungsgebundenen Feldbussystem, mit einer übergeordneten, Messwerte verarbeitenden Steuerungseinheit kommuniziert, und wobei die Messgerät-Elektronik das Alarmsignal an die Steuerungseinheit sendet.
[0020] 20. Verfahren zum Überwachen eines In-Line-Messgeräts zum Messen eines in einer Rohrleitung strömenden, insb. gasförmigen und/oder flüssigen, Mediums, welches In-Line-Messgerät eine Messgerät-Elektronik sowie einen mit dieser elektrisch gekoppelten Messaufnehmer vom Vibrationstyp umfaßt, der wenigstens ein mit der Rohrleitung kommunizierendes und im Betrieb vibrierendes Messrohr, eine auf das wenigstens eine Messrohr einwirkende elektro-mechanische, insb. elektro-dynamische, Erregeranordnung zum Erzeugen und Aufrechterhalten von mechanischen Schwingungen des Messrohrs, eine Sensoranordnung zum Erzeugen wenigstens eines Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals mit wenigstens einem am Messrohr oder in dessen Nähe angeordnete Schwingungssensor, sowie ein das wenigstens eine Messrohr zusammen mit der Erreger- und der Sensoranordnung einhausendes Messaufnehmer-Gehäuse aufweist, welches Verfahren folgende Schritte umfaßt: Strömenlassen des zu messenden Mediums durch das wenigstens eine Messrohr des Messaufnehmers, -Fließenlassen eines von der Messgeräte-Elektronik gelieferten Erregerstroms durch Erregeranordnung und Vibrierenlassen des wenigstens einen Messrohrs zum Erzeugen von mit wenigstens einer vom Medium zu erfassenden Messgröße korrespondierenden Reaktionskräften im Medium, -Erfassen von Vibrationen des wenigstens einen Messrohrs mittels der Sensoranordnung und Erzeuen wenigstens eines mechanische Schwingungen des Messrohrs repräsentierenden Schwingungsmesssignals, sowie -Ermitteln eines statischen Innendrucks innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder einer Dichtheit des wenigstens einen Messrohrs wobei die Messgerät-Elektronik.
[0021] 21. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend den Schritt des Generieren wenigstens eines Überwachungswerts, der in seiner Höhe vom momentanen statischen Innendruck innerhalb des Messaufnehmer-Gehäuses und/oder von einem das wenigstens eine Messrohr momentan umgebenden Medium abhängig ist, mittels der Messgerät-Elektronik.
[0022] 22. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend den Schritt des Vergleichens des wenigstens einen Überwachungswerts mit einem Grenzwert, der eine für das Messrohr im Betrieb maximal zulässige Höhe des Überwachungswerts repräsentiert, und/oder mit einem Änderungsgrenzwert, der eine im Betrieb, insb. über ein vorgegebenes Zeitintervall gemittelte, maximal zulässige Änderungsgeschwindigkeit des Überwachungswerts repräsentiert.
[0023] 23. Verfahren gemäß dem vorherigen Anspruch, weiters umfassend Schritte des
Detektiertens eines Erreichen und/oder Überqueren des Grenzwerts und/oder des Änderungsgrenzwert sowie Auslösen eines Alarms.
[0024] 24. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Messgerät-
Elektronik den wenigstens einen Überwachungswert anhand wenigstens eines während des Betriebs intern ermittelten und/oder intern gemessenen Betriebsparameters, insb. eines Erregerstromwerts, der eine Stromstärke des Erregerstroms momentan repräsentiert, einer der Überwachung dienenden Schwingungsfrequenz oder davon abgeleiteter Betriebsparameter, ermittelt.
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